Der Lieferant der Bremsanlage des Frequenzumrichters weist darauf hin, dass der Frequenzumrichter mit einem dynamischen Widerstand ausgestattet ist, der hauptsächlich dazu dient, einen Teil der Energie des Zwischenkreiskondensators über diesen Bremswiderstand abzuführen und so eine Überspannung des Kondensators zu vermeiden. Theoretisch könnte ein Kondensator, wenn er viel Energie speichert, diese zur Motoransteuerung nutzen und so Energieverschwendung verhindern. Die Kapazität und Spannungsfestigkeit eines Kondensators sind jedoch begrenzt. Erreicht die Spannung des Zwischenkreiskondensators einen bestimmten Wert, kann dies den Kondensator und unter Umständen sogar den IGBT beschädigen. Daher ist es notwendig, die überschüssige Energie rechtzeitig über den Bremswiderstand abzuführen. Diese Entladung ist zwar zeitaufwendig, aber unumgänglich.
Der Buskondensator ist eine Pufferzone, die begrenzte Energie speichern kann.
Nachdem der gesamte dreiphasige Wechselstrom gleichgerichtet und an die Kondensatoren angeschlossen wurde, beträgt die normale Busspannung im Volllastbetrieb etwa das 1,35-Fache, also 380 V × 1,35 = 513 V. Diese Spannung schwankt naturgemäß, darf aber nicht unter 480 V fallen, da sonst ein Unterspannungsalarm ausgelöst wird. Buskondensatoren bestehen üblicherweise aus zwei in Reihe geschalteten Sätzen von 450-V-Elektrolytkondensatoren mit einer theoretischen Spannungsfestigkeit von 900 V. Überschreitet die Busspannung diesen Wert, explodiert der Kondensator. Daher darf die Busspannung unter keinen Umständen 900 V erreichen.
Tatsächlich beträgt die Spannungsfestigkeit von IGBTs bei dreiphasigem 380-Volt-Eingang 1200 Volt, weshalb häufig ein Betrieb unter 800 Volt erforderlich ist. Da bei einem Spannungsanstieg ein Trägheitsproblem auftritt – d. h., wenn der Bremswiderstand sofort aktiviert wird, sinkt die Busspannung nicht schnell genug. Daher sind viele Frequenzumrichter so ausgelegt, dass sie über die Bremseinheit bei etwa 700 Volt zu arbeiten beginnen, um die Busspannung zu senken und ein weiteres Aufladen zu vermeiden.
Der Kern der Auslegung von Bremswiderständen besteht darin, die Spannungsfestigkeit von Kondensatoren und IGBT-Modulen zu berücksichtigen, um zu verhindern, dass diese beiden wichtigen Bauteile durch die hohe Busspannung beschädigt werden. Werden diese beiden Bauteiltypen beschädigt, funktioniert der Frequenzumrichter nicht ordnungsgemäß.
Schnelles Einparken erfordert einen Bremswiderstand, und auch sofortiges Beschleunigen erfordert ihn.
Der Anstieg der Busspannung des Frequenzumrichters ist häufig darauf zurückzuführen, dass der Motor durch den Frequenzumrichter in einen elektronischen Bremszustand versetzt wird. Dadurch durchläuft der IGBT eine bestimmte Leitungssequenz, nutzt den hohen Induktivitätsstrom des Motors, der sich nicht abrupt ändern kann, und erzeugt schlagartig eine hohe Spannung zum Laden des Buskondensators. In diesem Moment wird der Motor schnell abgebremst. Wird die Energie des Busses in diesem Moment nicht rechtzeitig vom Bremswiderstand aufgenommen, steigt die Busspannung weiter an und gefährdet die Sicherheit des Frequenzumrichters.
Bei geringer Last und fehlender Notwendigkeit eines schnellen Bremsvorgangs ist in diesem Fall kein Bremswiderstand erforderlich. Selbst bei Einbau eines Bremswiderstands wird die Ansprechspannung der Bremsanlage nicht erreicht, und der Bremswiderstand bleibt ungenutzt.
Neben der Notwendigkeit, den Bremswiderstand und die Bremsanlage für schnelles Bremsen unter hoher Last zu erhöhen, müssen Bremsanlage und Bremswiderstand auch für den Anlauf aufeinander abgestimmt sein, wenn hohe Lasten und sehr kurze Anlaufzeiten erforderlich sind. In der Vergangenheit habe ich versucht, eine spezielle Stanzpresse mit einem Frequenzumrichter anzutreiben. Die Anlaufzeit des Frequenzumrichters war auf 0,1 Sekunden ausgelegt. Beim Anlauf unter Volllast, obwohl die Last nicht sehr hoch war, führte die zu kurze Anlaufzeit zu starken Spannungsschwankungen am Bus, wodurch Überspannungen oder Überströme auftreten konnten. Nach dem Hinzufügen einer externen Bremsanlage und eines Bremswiderstands funktionierte der Frequenzumrichter einwandfrei. Die Analyse ergab, dass die zu kurze Anlaufzeit dazu führte, dass sich der Buskondensator schlagartig entlud. Der Gleichrichter lädt daraufhin schlagartig einen hohen Strom auf, was einen plötzlichen Anstieg der Busspannung zur Folge hat. Dies führt zu starken Spannungsschwankungen am Bus, die kurzzeitig 700 Volt überschreiten können. Durch den Einbau eines Bremswiderstands kann diese schwankende Hochspannung rechtzeitig beseitigt werden, sodass der Frequenzumrichter normal arbeiten kann.
Es gibt auch einen Sonderfall bei der Vektorregelung, wenn Drehmoment- und Drehzahlrichtung des Motors entgegengesetzt sind oder wenn der Motor mit 100 % Drehmoment bei Stillstand arbeitet. Beispielsweise ist eine Drehmomentregelung erforderlich, wenn ein Kran ein schweres Objekt fallen lässt und in der Luft stoppt oder beim Aufwickeln einer Spule. Der Motor muss im Generatorbetrieb arbeiten, und der kontinuierliche Strom wird in den Buskondensator zurückgespeist. Über den Bremswiderstand kann diese Energie zeitnah abgeführt werden, um die Balance und Stabilität der Busspannung aufrechtzuerhalten.
Viele kleine Frequenzumrichter, wie z. B. solche mit 3,7 kW, verfügen oft über eingebaute Bremseinheiten und Bremswiderstände, wahrscheinlich aufgrund der Überlegung, den Buskondensator zu reduzieren, da Widerstände und Bremseinheiten mit geringer Leistung nicht so teuer sind.